CA2061167C

CA2061167C - Procede de purification d'une proteine fortement glycosylee

Info

Publication number: CA2061167C
Application number: CA002061167A
Authority: CA
Inventors: Hanno Kolbe
Original assignee: Transgene SA
Current assignee: Transgene SA
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 2002-06-11
Anticipated expiration: 2012-02-13
Also published as: US5276141A; FR2672895A1; JP3376430B2; CA2061167A1; DE69212660T2; EP0499541B1; DE69212660D1; DK0499541T3; FR2672895B1; EP0499541A1; ES2092067T3; ATE141283T1; JPH04312600A

Abstract

L'invention propose un procédé pour purifier une protéine fortement glycosyl ée à partir d'une préparation brute qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparati on un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qu i précipite et (ii), après précipitation, de récolter ladite protéine dans le surnageant du mélange.

Description

2~6~.16'~

s 1o PROCEDE DE PURIFICATION
1s D'UNE PROTEINE FORTEMENT GLYCOSYLEE
La présente invention concerne un procédé de purification d'une protéine fortement 20 glycosylée.
Par définition, une protéine est essentiellement constituée d'une chaîne d'acides aminés. De plus, dans un grand nombre de cas, cette chaîne porte en quantité
plus ou moins importante des groupements glucidiques de taille variable. Ixs protéines portant de 25 tels groupements sont appelées protéines glycosylées.
D'une manière générale, il est connu que des métaux tels que le zinc, le cuivre, le cobalt, le calcium ou le nickel peuvent se complexer à des composés de nature protéique.
Ainsi ces métaux sont couramment utilisés dans des procédés de purification de protéines ;
30 soit en tant qu'agent de couplage, par exemple lors d'une chromatographie d'affinité ; soit pour précipiter des protéines en milieu liquide.
De manière surprenante, il a maintenant été trouvé que des protéines fortement glycosylées ne sons pas capables de se complexer aux métaux menüonnés ci-dessus.
En conséquence, l'invention propose un procédé pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute dérivée d'une culture de cellules eucaryotes, ledit peoeédé comprenant !'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ü), aprés précipitation, de récolter ladite protéine dans le surnageant du mélange.

.?.
Par protéine fortement glycosylée, on entend une protéine ayant un taux de glycosylation d'au moins 20%, de préférence d'au moins 30%, de manière tout à
fait préférée, d'au moins 40%. Le taux de glycosylation est le rapport entre la masse de la glycosylation et la masse totale de la protéine, exprimé en pourcentage. Ce taux de glycosylation peut être déterminé en comparant la masse d'une protéine glycosylée à celle de sa forme non-glycosylée obtenue après traitement à l'aide d'une endoglucosidase (endoglucosidase F ou H vendue par exemple, par Boehringer) selon les conditions indiquées par le fournisseur. Les masses relatives des formes glycosylées et non-glycosylées sont déterminées après migration sur gel de SDS-PAGE.
De manière alternative, si on connais la séquence en acide aminé de la protéine glycosylée on peut calculer la masse de la chaine peptidique. La quantification des sucres peut être effectuée en parallèle après hydrazinolyse de la protéine glycosylée.
La fétuine, les glycoprotéines gp120 et gp160 du virus HIV, les mucines, l'interleukine-2 humaine, les protéines "glycophorine litre" et l'alpha-1-glycoprotéine acide présente dans le sérum, sont par exemple des protéines présentant naturellement un fort taux de glycosylation. Aux fins de la présente invention, la protéine que l'on souhaite purifier peut avoir un profil de glycosylation homogène (glycosylation répartie sur toute la chaine peptidique) ou hétérogène (glycosylation localisééen certains endroits de la chaine peptidique). De préférence, la glycosylation est homogëne.
La préparation brute à partir de laquelle on souhaite purifier une protéine fortement glycosylée dérive d'une culture de cellules euearyotes capable de synthétiser cette protéine. la composition du milieu de culture n'est pas critique et peut contenir n'importe quel constituant approprié. Les différentes méthodes qui permettent d'obtenir la synthèse d'une protéine par voie recombinante sont connues ; l'élément de base à
introduire dans une cellule étant la cassette d'expression destinée à la synthèse de cette protéine.
Avantageusement, une cassette d'expression comporte un fragment d'ADN codant un précurseur de la protéine fortement glycosytée (peptide signal + protéine mature) placé
sous le contrôle d'éléments nécessaires à son expression.
Dans le cadre de fa présente invention, une protéine fortement glycosylée est avantageusement purifiée à partir d'un extrait acellulaire dérivé d'une culture de cellules eucaryotes, de préférence d'une culture de levure ou cellules de mammifère.
Cct extrait acellulaire peut être un surnageané de culture de cellules dans les cas où
soit la protéine est sécrétée dans le milieu de culture, soit les cellules sont, en cours de culture, lycées par un virus. De manière alternative, l'extrait acellulaire peut être aussi obtenu à partir d'une suspension cellulaire soumise à un traitement lytïque de type chimique, mécanique ou enzymatique et dont l'élément liquide est ensuite séparé des débris cellulaires.

-3-Pour usage dans le cadre de la prësente invention, un ion métallique bivalent est avantageusement sélectionné parmi le Znz+, Cu2', CoZr, Ni2' et Ca2'. De préférence, cet ion métallique est ajouté sous forme saline. A titre d'exemple, on cite le ZnClz, le CuSO,, le CoSO" le NiS04 et le CaClz.
D'une maniére générale, la quantité d'ion métallique qu'il convient d'ajouter à la préparation brute dépend de la nature même de l'ion métallique et des constituants que l'on souhaite éliminer. L'homme du métier saura bien évidemment adapter la concentration finale optimale en fonction des données spécifiques. Toutefois, on indique que les contaminants présents dans la préparation brute peuvent précipiter dès que l'on ajoute l'ion métallique à une concentration finale d'au moins 10 mM, avantageusement d'au moins 40 mM, de préférence d'au moins 60 mM, de manière tout à fait préférée d'au moins 80 mM. Bien qu'il soit possible d'ajouter l'ion métallique en quantité, il n'est généralement pas nécessaire de dépasser une concentration finale d'environ 100 à
120 mM.
Avantageusement, le procédé selon l'invention est effectué à un pH acide ou proche de la neutralité, en général de 7,5 ou inférieur à 7,5. De préférence, le procédé est effectué
à un pH légèrement acide compris entre 6 et 7.
Après précipitation, le surnageant est avantageusement récolté par centrifugation du mëlange et décantation successive.
Un tel procédé permet entre autre d'éïiminer, de manière simple et efficace, les virions qui peuvent se trouver présents dans la préparation brute. Si nécessaire, la purification de la protéine fortement glycosylée présente dans le surnageant de précipitation peut être par la suite poursuivie de manière plus fine selon des méthodes variées.
Selon un aspect particulier, l'invention propose un procédé de purification de la gp120 du virus HIV ou d'un variant soluble de la gp160 du virus HIV. Certains variants de la gp160 sont décrits, par exemple, dans la demande de brevet EPA 245 136.
La gp120 ou un variant soluble de la gp160 peut être notamment produit par les techniques de l'ADN recombinant. Un vecteur destiné à cette production est par exemple un plasemide ou un virus de la vaccine dans le génome duquel est inséré un fragment d'AD'~
codant pour la gp120 ou un variant soluble de la gp160, celui-ci étant placé sous le contrôle de régions appropriées permettant son expression (transcription et traduction).
Enfin, de manière alternative, l'invention concerne un procédé pour purifier ou concentrer un poxvirus à partir d'une préparation, par exemple surnageant d'un lysat cellulaire obtenu par infection d'une culture de cellules infectées par ledit poxvirus, le dit procédé comprenant l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ü), après précipitation, de récolter ledit poxvirus sous forme d'un précipité.
S

Exemgle 1 A. Production de la gp120 de HIV1-BRU en culture de cellules infectées par un virus S de la vaccine recombinant Des cellules BHK-21 sont cultivées dans un milieu GMEM (Gibco) supplémenté
avec 10% de sérum de veau foetal (SVF). Lorsque les cellules sont à confluence (5,8x106 cellules/ml), le milieu de culture est enlevé et le tapis cellulaire est lavé
2 fois avec 50 ml de PBS (Dubelcco's phosphate buffer sait ; Seromed). Puis du milieu GMEM frais sans SVF est rajouté. On ajoute alors le virus de la vaccine VVTG1132, décrit dans la demande de brevet EPA 245 136, à une infectivité de 10'' ufp (unité formant plages), et l'infection est poursuivie pendant 72 h. Le lysat est alors centrifugé 20 min.
à 10 000 g pour éliminer les débris cellulaires et on récupère !e surnageant contenant entre autre la gp120 et des virions.
B. Purification de la gp120 A 20 ml de surnageant de culture obtenu comme précédemment décrit, on ajoute 1,3 ml d'une solution de chlorure de zinc (ZnCI~ à 1 M pour avoir une concentration finale en ZnCiz de 60 mM. Le pH de ce mélange est d'environ 6,8. Le mélange est laissé 1 h dans de la glace puis le surnageant de précipitation est récupéré après centrifugation à
3000 t/min. pendant 20 min. dans une centrifugeuse Minifuge RF Heraeus. Celui-ci contient la quantité initiale de gp120 trouvée dans le surnageant de culture mais ne contient plus entre autre, de virion. Pour analyse, on effectue une quantification des protéines totales et de la gp120 ainsi qu'une titration de virus de la vaccine par les méthodes décrites ci-dessous. Ces quantifications sont faites en parallèle sur le surnageant de culture brut non traité au ZnCl2.
La quantification des protéines totales s'effectue comme suit selon la méthode du Biuret décrite par Kadenbach B, Biochem. Z. (1966) 344 : 49-75 : 3 ml de surnageant obtenu après précipitation par le ZnCl2 sont traités avec 300 ~1 d'acide trichloracétique (TCA) 3 M. Après 1 h à 20 °C les protéines sont précipitées et la solution est centrifugée 20 min. à 3000 tours par minute dans une centrifugeuse Minifuge RF Heraus. Le surnageant est éliminé et le culot est repris dans 1 ml de solution Biuret (12 mM de sulfate de cuivre (CuSO" SHZO), 31,89 mM tartrate de sodium potassium (KNaTartrate), 200 mM de soude (NaOH) et 30,12 mM de iodure de potassium (IK)). Après 15 min.
les protéines sont dissoutes dans la solution de Biuret et on rajoute 1 ml d'eau Milli-Q. La densité optique (DO) à 546 nm est mesurée dans des cuvettes de 1 cm contre l'air. On mesure également la DO d'un témoin d'absorption dans lequel seules la solution de Biuret 2,)~~.1~'~

et l'eau ont été rajoutées. La valeur de la DO est notée DO.E pour les échantillons ou DO.T pour le témoin d'absorption. 50 à 100 mg de cyanure de potassium (KCN) sont alors rajoutés dans les cuvettes et mélangés dans la solution à l'aide d'une spatule. Aprés 2 à 5 min. la DO à 546 nm est mesurée et sa valeur est notée DO.E/KCN pour les échantillons et DO.T/KCN pour le témoin d'absorption. La quantité totale de protéines dans les échantillons (Q) se calcule alors par la formule suivante Q = 7 x (DO.E - DO.E/KCN) - (DO.T - DO.T/KCN) La quantification de la gp120 s'effectue par test ELISA en utilisant deux anticorps monoclonaux anti-gp120 comme premier et deuxième anticorps, le second étant biotinilé.
La marge d'incertitude associée à une telle méthode d'estimation est de l'ordre de ~ 20%
La titration du virus s'effectue sur des cellules BHK-21. 2 ml de milieu GMEM
contenant 10% de SVF sont ensemencés avec 106 cellules BHK-21. La culture se fait à
37°C dans des boites de 35x10 mm. Après 24 h le milieu est enlevé et 200 ~1 d'une dilution du virus de la vaccine dans du PBS sont rajoutés sur les cellules.
L'adsorption se fait pendant 1 h à 37°C, puis on ajoute 2 ml de milieu GMEM
contenant 5 % de SVF
et l'infection est poursuivie pendant 24 h à 37°C. Le milieu est alors retiré et on colore les cellules avec 1 ml de rouge neutre (Gibco). On compte les plages de lyse restées blanches.
Les résultats sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 Echantillons ConcentrationConcentrationTitration des du protines totalesde la gp120virus de la (yg/ml) (~g/ml) vaccine (ufp/ml) Surnageant de 257 0,202 106 culture Surnageant aprs 61,3 0,206 0 prcipitation au ZnCl2 Ces résultats montrent quc la protéine gp120 n'est pas précipitée par le ZnCl2 alors que la majorité des protéines contaminantes le sont. De même le virus de la vaccine est éliminé dans le culot de précipitation.
Grâce à ce procédé, i1 est donc possible d'éliminer erx une seule étape les virions ainsi que plus de 50% des protéines contaminantes.

~0~~~ 6~
_7_ Exemples 2 à 6 Un extrait acellulaire contenant la gp120 est obtenu comme décrit dans l'Exemple 1A. De même, la gp120 est purifiée selon des procédés similaires à celui présenté à
l'Exemple 1B dans lequel seule la concentration finale en ZnClz peut varier de 5 mM à
80 mM. Les résultats de ces expériences sont rapportés dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2 EchantillonsConcentrationConcentrationTitration du en protines en variantvirus de la totales (~g/ml)gp120 vaccine (ufp/ml) (~g/ml) ContrleSurnageant~de257 0,202 106 culture Surnageant aprs Ex 2 prcipitation87 0,161 2x10' avec 5 mM
de ZnCl2 Surnageant aprs Ex 3 prcipitation74 0,182 103 avec 10 mM
de ZnCl2 Surnageant aprs Ex 4 prcipitation72 0,184 SxIO

avec 20 mM
de ZnClz Surnageant aprs Ex S prcipitation63 0,248 50 avec 40 mM
de ZnClz Surnageant aprs Ex 6 prcipitation69 0,254 c ~0 avec 80 mM
de ZnCl2 _8_ Ces expériences montrent que les protéines contaminantes et le virus de la vaccine commencent à précipiter dès 5 mM de ZnCl2. On considère que la gp120 ne précipite pas compte tenu de la marge d'incertitude de ~ 20% associée à la méthode d'estimation.
Exemple 7 A 20 ml de surnageant de culture contenant la gp120 obtenu comme précédemment décrit dans l'exemple 1A, on ajoute 1,3 ml d'une solution de chlorure de calcium (CaCI~
à 1 M pour avoir une concentration finale en CaCl2 de 60 mM. Le pH de ce mélange est d'environ 6,8. Le mélange est laissé 1 h dans de la glace puis le surnageant de précipitation est récupéré après centrifugation à 3000 t/min. pendant 20 min.
dans une centrifugeuse Minifuge RF Heraeus. Celui-ci contient la quantité initiale de gp120 trouvée dans le surnageant de culture mais ne contient plus entre autre de virion.
Pour analyse, on effectue une quantification des protéines totales et de la gp120 ainsi qu'une titration de virus de la vaccine par les méthodes décrites dans l'exemple 1B. Ces quantifications sont faites en parallèle sur le surnageant de culture brut non traité au CaCl2.
Les résultats de ces expériences sont rapportés dans le tableau 3 ci-dessous.
Tahleau 3 Echantillons ConcentrationConcentrationTitration des du protines totalesde la gp120virus de la (ug/ml) (lug/ml) vaccine (ufplml) Surnageant de 218 0,360 1,5 105 culture Surnageant aprs 139 0,374 < 10U

prcipitation I
au CaCl2 Ces résultats montrent que le CaClz tout comme le ZnCl2 précipite la majorité
du virus de la vaccine alors que la gpl?0 reste en solution.
Exemples 8 à 10 Un extrait aceilulaire contenant la gp120 est obtenu comme décrit dans l'Exemple 1A. De même, la gp120 est purifiée selon des procédés similaires à celui presenté à.
l'Exemple 7 dans lequel seule la concentration finale en CaCl2 peut varier de '_U mM à

1~3~~.:~~r~
_9_ 80 mM. Les résultats de ces expériences sont rapportés dans le tableau 4 ci-dessous.
Tableau 4 S EchantillonsConcentrationConcentrationTitration du en protines en variantvirus de la totales (~g/ml)gp120 vaccine (ufp/ml) (l~glml) ContrleSurnageant 218 0,280 l,Sx105 de cellules Surnageant aprs Ex 8 prcipitation163 0,282 7x10' avec 20 mM
de CaClz Surnageant aprs Ex 9 prcipitation149 0,330 < 100 avec 40 mM
de CaCl2 Surnageant aprs Ex 10 prcipitation127 0,346 < 100 avec 80 mM
de CaCl2 Ces expériences montrent que les protéines contaminantes et le virus de la vaccine commencent à précipiter dès 10 mM de CaCl2.
Exemple 11 Un extrait acellulaire contenant un variant soluble de la gp160 de HIV1-BRU, est obtenu aprës infection de cellules BHK-21 par le virus de 1a vaccine VVTG1163 décrit dans la demande de brevet EPA ?45 136, selon la méthode décrite dans l'exemple 1A.
A 20 ml de surnageant de culture contenant le variant soluble de la gp160 obtenu 2S comme précédemment décrit, on ajoute 880 ~1 d'une solution de ZnCl2 à 1 M
pour avoir une concentration finale en ZnCl2 de 40 mM. Le mélange est laissé 1 h dans de la glace puis le surnageant de précipitation est rëcupéré après centrifugation à 3000 t/min. pendant 2~~'~.~ 6r~
- 1o -20 min, dans une centrifugeuse Minifuge RF Heraeus. La quantité du variant gp160 présente dans le surnageant après précipitation au ZnCl2 est comparable à
celle trouvée dans le surnageant de culture ; par contre la majorité des protéines contaminantes sont éliminées ainsi que la totalité des virions.
Exemple 12 Des cellules CHO sont transformées par le plasmide pGT3554. Ce plasmide est obtenu par insertion dans le plasmide pTG384 (décrit dans la demande de brevet FR
2 600 334) préalablement digéré par HindIII et traité par le fragment Klenow de l'ADN
polymérase I, d'un fragment PstI traité par la polymérase IClenow codant pour un variant soluble de la gp 160 HIV-1 BRU, qui dérive un vecteur vaccine VVTG

(décrit dans la demande de brevet WO 87/6260). Le fragment ainsi cloné est placé sous le contr8le du promoteur majeur tardif de l'adénovirus 2.
Environ 106 cellules sont ensemencées en millieu MEM « 2000 (Gibco) complementé en sérum de veau foetal dialysé 10 %, glucose 2 g/1, hypoxanthine mg/l, thymidine 10 mg/l, xanthine 250 mg/l, aminoptérine 0.2 mg/l, acide mycophénolique 25 mg/1 et glutamine 2 mM ; puis cultivées 3 jours à 37 °C en atmosph8re chargée en C02 S%. Puis le milieu est remplacé chaque jour pendant jours par du milieu frais MEM « 2000 complémenté en sérum de veau foetal (inactivé à
56 °C) 10 %, glucose 2 g/1, hypoxanthine 15 mg/l, thymidine 10 mg/l, xanthine 250 mg/l, aminoptérine 0.2 mg/1, acide mycophénolique 25 mg/1 et glutamine 2 mM.
Le surnageant de culture est ensuite récupéré et purifié tel que décrit dans l'Exemple 11. La quantité du variant gp 160 présente dans le surnageant après précipitation au ZnCl2 est comparable à celle trouvée dans le surnageant de culture ;
par contre, la quantité de protéines totales a fortement diminué, indiquant ainsi qu'une bonne partie des protéines contaminantes est éliminée.

Claims

1. Un procédé pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute dérivé d'une culture de cellules eucaryotes, qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité
suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ii), après précipitation, de récolter ladite protéine dans le surnageant du mélange.

2. Un procédé selon la revendication 1, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute qui est un extrait acellulaire dérivé d'une culture de cellules, qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ii), après précipitation, de récolter ladite protéine dans le surnageant du mélange.

3. Un procédé selon la revendication 2, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute qui est un extrait acellulaire dérivé d'une culture de cellules infectées par un virus de la vaccine exprimant ladite protéine fortement glycosylée, qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ii), après précipitation, de récolter ladite protéine dans le surnageant du mélange.

4. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour purifier à
partir d'une préparation brute, une protéine dont 1e taux de glycosylation est d'au moins 40%, qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ii), après précipitation, de récolter ladite protéine dans de surnageant du mélange.

5. Un procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 4, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute, qui comprend l'acte d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent pour former un melange dans lequel l'ion métallique a une concentration finale d'au moins 10 mM.

6. Un procédé selon la revendication 5, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brut, qui comprend l'acte d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent pour former un mélange dans lequel l'ion métallique a une concentration finale d'au moins 20 mM.

7. Un procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 6, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute, qui comprend l'acte d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent sélectionné parmi le zinc, le cuivre, le cobalt ou le nickel.

8. Un procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 7, pour purifier une protéine fortement glycosylée à partir d'une préparation brute, qui comprend l'acte d'ajouter à ladite préparation un ion métallique bivalent sous forme saline.

9. Un procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 8, dans lequel la protéine fortement glycosylée est la protéine gp120 du virus HIV.

10. Un procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 8, dans lequel la protéine fortement glycosylée est un variant soluble de la protéine gp160 du virus HIV.

11. Un procédé pour purifier ou concentrer un poxvirus à partir d'une préparation, qui comprend l'acte (i) d'ajouter à ladite préparation union métallique bivalent en quantité suffisante de manière à former un mélange qui précipite et (ii), après précipitation, de récolter ledit poxvirus sous forme précipitée.